高考物理复习第8章磁场能力课时11带电粒子在复合场中的运动市赛课公开课一等奖省名师获奖课

能力课时11带电粒子在复合场中运动1/58突破一盘旋加速器和质谱仪1.质谱仪 (1)结构：如图1所表示，由粒子源、_________、_________和摄影底片等组成。加速电场偏转磁场图12/582.盘旋加速器

(1)组成：如图2所表示，两个D型盒(静电屏

蔽作用)，大型电磁铁，高频振荡交变电压，

两缝间可形成电场。图2(2)作用：电场用来对粒子(质子、α粒子等)加速，磁场用来使粒子盘旋从而能重复加速。3/584/58【例1】盘旋加速器是用来加速带电粒子，使它取得很大动能仪器，其关键部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，方便在盒间窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒圆心附近，若粒子源射出粒子带电荷量为q，质量为m，粒子最大盘旋半径为Rm，其运动轨迹如图3所表示。问：图35/58(1)D形盒内有没有电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电压频率应是多大，粒子运动角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度为多大？最大动能为多少？(5)设两D形盒间电场电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需时间。解析

(1)扁形盒由金属导体制成，含有屏蔽外电场作用，盒内无电场。(2)带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大。6/587/588/589/58图4(1)求原本打在MN中点P离子质量m；(2)为使原本打在P离子能打在QN区域，求加速电压U调整范围；10/5811/5812/58方法提炼处理实际问题普通过程：13/58【变式训练】1.[质谱仪](多项选择)(·扬州高三调研)日本福岛核电站核泄漏事故，使碘同位素131被更多人所了解。利用质谱仪可分析碘各种同位素。如图5所表示，电荷量均为＋q碘131和碘127质量分别为m1和m2，它们从容器A下方小孔S1进入电压为U加速电场(入场速度忽略不计)，经电场加速后从S2小孔射出，垂直进入磁感应强度大小为B匀强磁场中，最终打到摄影底片上。以下说法正确是(

)14/58图515/58答案BD16/582.[盘旋加速器](多项选择)劳伦斯和利文斯设计出盘旋加速器，工作原理示意图如图6所表示。置于真空中D形金属盒半径为R，两盒间狭缝很小，带电粒子穿过时间可忽略。磁感应强度为B匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生质子质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力影响。则以下说法正确是(

)图617/5818/58答案

AC19/58突破二带电粒子在组合场中运动“磁偏转”和“电偏转”比较

电偏转磁偏转偏转条件带电粒子以v⊥E进入匀强电场(不计重力)带电粒子以v⊥B进入匀强磁场(不计重力)受力情况只受恒定电场力F＝Eq只受大小恒定洛伦兹力F＝qvB运动情况类平抛运动匀速圆周运动20/5821/58【例3】如图7所表示平面直角坐标系xOy，在第Ⅰ象限内有平行于y轴匀强电场，方向沿y轴正方向；在第Ⅳ象限正三角形abc区域内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为L，且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q粒子，从y轴上P(0，h)点，以大小为v0速度沿x轴正方向射入电场，经过电场后从x轴上a(2h，0)点进入第Ⅳ象限，又经过磁场从y轴上某点进入第Ⅲ象限，且速度与y轴负方向成45°角，不计粒子所受重力。求：图722/58(1)电场强度E大小；(2)粒子抵达a点时速度大小和方向；(3)abc区域内磁场磁感应强度B最小值。解析(1)带电粒子在电场中从P到a过程中做类平抛运动，水平方向：2h＝v0t①23/5824/5825/58规律方法1.“3步”突破带电粒子在组合场中运动问题

第1步：分阶段(分过程)按照时间次序和进入不一样区域分成几个不一样阶段；

第2步：受力和运动分析，主要包括两种经典运动，以下：26/58第3步：用规律2.抓住联络两个场纽带——速度27/5828/58图829/5830/5831/5832/58突破三带电粒子在叠加场中运动带电体在复合场中运动归类分析1.磁场力、重力并存 (1)若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒。2.电场力、磁场力并存(不计重力) (1)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动。 (2)若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体做复杂曲线运动，可用动能定理求解。33/583.电场力、磁场力、重力并存 (1)若三力平衡，带电体做匀速直线运动。 (2)若重力与电场力平衡，带电体做匀速圆周运动。 (3)若协力不为零，带电体可能做复杂曲线运动，可用能量守恒定律或动能定理求解。34/58【例4】

(·福建理综，22)如图9，绝缘粗糙竖直平面MN左侧同时存在相互垂直匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q带正电小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，抵达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h，重力加速度为g。图935/58(1)求小滑块运动到C点时速度大小vC；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，今后小滑块继续运动到水平地面上P点。已知小滑块在D点时速度大小为vD，从D点运动到P点时间为t，求小滑块运动到P点时速度大小vP。36/5837/5838/58反思总结遵照“解题流程”，规范答题39/5840/58图1041/5842/5843/5844/581.(多项选择)如图11甲所表示，绝缘轻质细绳一端固定在方向相互垂直匀强电场和匀强磁场中O点，另一端连接带正电小球，小球电荷量q＝6×10－7C，在图示坐标中，电场方向沿竖直方向，坐标原点O电势为零。当小球以2m/s速率绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动时，细绳上拉力刚好为零。在小球从最低点运动到最高点过程中，轨迹上每点电势φ随纵坐标y改变关系如图乙所表示，重力加速度g＝10m/s2。则以下判断正确是(

)45/58图11A.匀强电场场强大小为3.2×106V/mB.小球重力势能增加最多过程中，电势能降低了2.4JC.小球做顺时针方向匀速圆周运动D.小球所受洛伦兹力大小为3N46/5847/58答案

BD48/582.(·陕西西安八校联考)如图12甲是盘旋加速器原理示意图，其关键部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子动能Ek随时间t改变规律如图乙所表示，若忽略带电粒子在电场中加速时间，则以下判断正确是(

)图1249/58A.高频电源改变周期应该等于tn－tn－1B.在Ek－t图象中t4－t3＝t3－t2＝t2－t1C.粒子加速次数越多，粒子取得最大动能一定越大D.不一样粒子取得最大动能都相同50/58答案

B51/583.(·海南单科，14)如图13所表示，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成45°夹角。一质量为m、电荷量为q(q＞0)粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T